CN110707079A - 一种新型散热式发光二极管照明结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型散热式发光二极管照明结构及其制作方法，属于发光二极管技术领域，该新型散热式发光二极管照明结构，包括LED元件和散热组件，散热组件包括热管单元以及热管单元上由下而上依次设置的导热绝缘层和电路层，电路层与LED元件电气连接，热管单元上还设置有散热翅片，本发明的有益效果是，该发光二极管照明结构整体结构简单稳定，制作工艺简单，制作成本低，可将LED元件产生的热量快速传输到热管单元进行散热，提高了散热效率，提高了LED元件的发光效率和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种新型散热式发光二极管照明结构及其制作方法。
背景技术
发光二极管LED是一种将电能转化为光能的高效发光元件，也是一种微固态光源，LED元件的主体部分为半导体p-n结结构，结两端施加电压后，通过电子与空穴的结合发射光子能量，并发出特定波长范围的光线。由于LED元件具有色彩重现性好、波长单一的特点，LED已成为液晶显示器(LCD)背光源光谱改善的主流技术，LED元件也广泛应用于户外大型显示器，并将逐步取代目前的照明设备。
当LCD采用LED作为背光源时，LED与照度面之间常见的两种相对位置关系是直接型和边缘型，通常大型LCD采用直接型作为背光光源的照明方式，一种常见的直接式LED背光模块散热结构，是将LED元件安装在印刷电路板(PCB) 表面，然后通过固定在PCB另一相对表面的热管将热量传递给散热器进行换热。然而，传统工艺的LED具有相同的散热路径，即热量通过PCB转移到热管中，而 PCB的包覆层或保温层都是由低导热性的材料制成，如焊料掩膜或树脂等，导致 PCB具有较大的热阻，因此LED元件产生的热量无法快速有效地转移到热管中。即使将PCB变成热阻较低的金属芯PCB,LED产生的热量仍然需要通过PCB的每一层材料，通过界面的粘接剂或焊料，到达热管。因此，LED应用领域迫切需要一种缩短导热路径、降低相应总热阻的LED照明结构，LED元件产生的热量可以直接、快速地传递到热管中，从而提高LED元件的可靠性和发光效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型散热式发光二极管照明结构，主要解决了现有的发光二极管照明结构散热效果差，从而影响LED元件发光效率和可靠性的问题，目的在于，通过设计一种新型散热式发光二极管照明结构，可将LED元件产生的热量快速直接传输给热管单元进行散热，可提高LED 元件的散热效率和可靠性，可提高LED元件的使用寿命。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述新型散热式发光二极管照明结构，包括LED元件和散热组件，所述散热组件包括热管单元以及热管单元上由下而上依次设置的导热绝缘层和电路层，所述电路层与所述LED元件电气连接，所述热管单元上还设置有散热翅片。
进一步地，所述热管单元设置为密封的金属管件结构，包括管壳以及管壳内部的设置的管芯、蒸汽腔，管壳的内壁上设置所述管芯，所述管芯设置成毛细管，所述管芯内设置有实现液体与蒸汽之间相变传热的工作液体，所述管壳的中部设置有蒸汽腔。
进一步地，所述导热绝缘层设置为陶瓷材料或金属氧化物，所述导热绝缘层覆盖在所述热管单元的表面，所述电路层采用热压法蒸镀而成的铜箔形成，并通过蚀刻加工的方式成型，所述电路层设置在所述导热绝缘层的两侧。
进一步地，所述热管单元设置为扁平管件结构，所述扁平管件结构的一端设置所述散热翅片；所述扁平管件结构设置有多个，每个所述扁平管件结构上沿其长度方向设置有1行或多行LED元件；相邻的两个扁平管件结构之间设置有将LED元件发出的光导向向上的反射板。
进一步地，所述热管单元设置为平板管件结构，所述平板管件结构上由下而上覆盖设置有多个条状的导热绝缘层和电路层，每个电路层上连接有多个LED元件，所述平板管件结构的下端覆盖设置有所述散热翅片，相邻的电路层 23之间设置有将LED元件发出的光导向向上的反射板。
进一步地，所述LED元件包括含有两个电极的LED芯片，所述LED芯片的两个电极分别与所述导热绝缘层两侧的电路层电气连接，所述LED芯片的外部设置有透明保护罩，所述透明保护罩设置在所述散热组件的表面。
进一步地，所述LED芯片的电极分别通过金属丝与所述电路层电气连接，所述LED芯片的下端与所述导热绝缘层接触相连。
进一步地，所述LED芯片的电极上设置有金属凸块，所述金属凸块与所述电路层电气连接。
一种新型散热式发光二极管照明结构的制作方法，依次包括以下步骤：
1)散热组件的制作：在热管单元的上设置导热绝缘层，在导热绝缘层上用热压法将铜箔蒸镀在所述导热绝缘层的两侧，并采用蚀刻加工的方式形成电路层；
2)LED元件的安装：将LED芯片的两个电极分别与导热绝缘层两侧的电路层电连接，并沿着热管单元的长度方向安装多个LED元件；
3)反射板的安装：在相邻的热管单元之间或热管单元上安装反射板；
4)散热翅片的安装：在热管单元的一端或底部焊接散热翅片。
本发明的有益效果是：
本发明通过在热管单元的表面由下而上依次设置导热绝缘层和电路层，使电路层和LED元件电气连接形成发光控制单元的控制回路，电路层直接与LED 元件电气接触，使LED元件产生的热量依次通过电路层、导热绝缘层快速传输到热管单元的受热区，通过热管单元中的工作液体吸收热量后，迅速发生相变蒸发，热量通过蒸汽的快速移动转移到热管单元的冷凝区，并通过散热翅片将热量散出去，与现有的散热结构相比，本发明中的电路层外不设置保温层或包覆层，其中的导热绝缘层在实现电气隔离的同时起到了较好的导热作用，提高了散热的效率，提高了LED元件的可靠性和发光效率，提高了LED元件的使用寿命。
另外，多个热管单元之间或热管单元上设置反射板，使LED元件发出的光更集中，增加了LED元件的亮度；使用平板形状的热管单元，使发光二极管照明结构为整体式结构，减少了制作工序，提高了结构的稳定性；将LED芯片的电极直接与热管单元上的电路层电气连接，在LED芯片的外部设置透明保护罩，节约了封装成本，并且消除了封装材料带来的热阻，进一步提高了散热效率。
综上，本发明提供的发光二极管照明结构整体结构简单稳定，制作工艺简单，制作成本低，可将LED元件产生的热量快速传输到热管单元进行散热，提高了散热效率，提高了LED元件的发光效率和使用寿命。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中发光二极管照明结构一种结构的俯视图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为热管单元的剖视图；
图4为LED元件的一种结构的结构示意图；
图5为LED元件的另一种结构的结构示意图；
图6为本发明中发光二极管照明结构另一种结构的俯视图；
图7为图6的主视图；
上述图中的标记均为：1.LED元件，11.LED芯片，12.透明保护罩，13.金属丝，14.金属凸块，2.散热组件，21.热管单元，211.管壳，212.管芯，213.蒸汽腔，22.导热绝缘层，23.电路层，24.散热翅片，3.反射板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体的实施方案为：如图1、图2、图6和图7所示，一种新型散热式发光二极管照明结构，包括LED元件1和散热组件2，散热组件2包括热管单元21以及热管单元21上由下而上依次设置的导热绝缘层22和电路层23，电路层23与LED元件1电气连接，热管单元21上还设置有散热翅片24，其中的热管单元21为现有的热管结构，如图3所示，其结构为密封的金属管件结构，包括管壳211以及管壳211内部的设置的管芯212、蒸汽腔213，管壳211的内壁上设置管芯212，管芯212设置成毛细管，管芯212内设置有实现液体与蒸汽之间相变传热的工作液体(水)，管壳211内部抽成真空以后在封口之前注入工作液体(水)，管壳211的中部设置有蒸汽腔213。热管单元21的散热原理是，管芯212中的工作液体受热汽化，汽化了的饱和蒸汽向冷端流动，饱和蒸汽在冷端冷凝放出热量，冷凝液体在管芯212毛细力的作用下回流到热端继续吸热汽化，完成循环散热。该发光二极管照明结构的散热原理是：LED元件1工作产生的热量依次通过电路层23、导热绝缘层22快速传输到热管单元21的受热区，通过热管单元21中的工作液体吸收热量后，迅速发生相变蒸发，热量通过蒸汽的快速移动转移到热管单元21的冷凝区，并通过散热翅片24将热量散出去，与现有的散热结构相比，本发明中的电路层23外不设置保温层或包覆层，其中的导热绝缘层22在实现电气隔离的同时起到了较好的导热作用，提高了散热的效率，提高了LED元件的可靠性和发光效率，提高了LED元件的使用寿命。
具体地，如图2、图4和图5所示，其中的导热绝缘层22设置为陶瓷材料或金属氧化物，导热绝缘层22可通过共晶连接、焊接、粘结等的方法(上述方法均属于现有的将金属与陶瓷材料连接的方法，具体实现形式不再赘述)覆盖在热管单元21的表面，电路层23采用热压法蒸镀而成的铜箔形成，并通过蚀刻加工的方式成型，电路层23设置在导热绝缘层22的两侧，便于分别与LED 元件的LED芯片11的两个电极电连接。
具体地，如图4和图5所示，LED元件1包括含有两个电极的LED芯片11， LED芯片11的两个电极分别与导热绝缘层22两侧的电路层23电气连接，实现了LED芯片11的电气控制，其中的电路层23代替了原有结构中的PCB，提高了散热效果，当然其中的LED元件1包括以下结构：如图2所示，第一种结构是封装式的结构，这种结构属于现有的LED元件1的结构，LED芯片11的两个电极通过引线与电路层23电气连接。如图4和图5所示，第二种结构是无需封装的结构，其具体结构包括以下两种结构方式：一种结构是，如图4所示，LED芯片11的电极分别通过金属丝13与电路层23电气连接，LED芯片11的下端与导热绝缘层22接触相连，可通过钎焊、共晶连接等的方式相连，使LED 芯片11产生的热量可直接通过导热绝缘层22传输到热管单元21，提高了散热效果；另一种结构是，如图5所示，LED芯片11的电极上设置有金属凸块14，金属凸块14与电路层23通过焊接的方式电气连接，使LED芯片11产生的热量通过金属凸块14传输给电路层23、导热绝缘层22，并传输到热管单元21。无需封装的结构不仅节约了封装成本，而且消除了封装材料带来的热阻，提高了散热效果。进一步优化地，LED芯片11的外部可设置透明保护罩12，透明保护罩12通过卡接或粘接的方式设置在散热组件2的表面，用于保护散热组件2。
具体地，如图1、图6和图7所示，上述热管单元21可设置成不同的形状，包括以下两种，一种结构是，如图1所示，热管单元21设置为扁平管件结构，便于在其上设置导热绝缘层22和电路层23，扁平管件结构的一端设置散热翅片 24，起到辅助散热的作用，当然也可以在散热翅片24的周围增设风扇，产生强制对流效果，进一步提高散热效率；该扁平管件结构根据需要可设置有多个，每个扁平管件结构上沿其长度方向设置有1行或多行LED元件1(多行LED元件1在图1中未显示)，使LED元件1成阵列排布，将可以发出不同颜色(如红光、蓝光、绿光)的LED元件1以分散交错的方式排列，LED元件1之间间隔一定的距离，可达到彩色的发光效果；相邻的两个扁平管件结构之间设置将LED 元件1发出的光导向向上的反射板3，该反射板3的截面设置成等腰三角形，使 LED元件1发出的光集中向上，提高了光的利用率，可增加发光二极管照明结构的亮度。其中的热管单元21和反射板3可固定在一个基板上，以形成所需尺寸的照明结构单元。
另一种结构是，如图6和图7所示，热管单元21设置为平板管件结构，为整体式结构，可根据需要设置其大小，减少了制作工序，提高了结构的稳定性，平板管件结构上由下而上覆盖设置有多个条状的导热绝缘层22和电路层23(电路层23在图中未显示)，每个电路层23上连接有多个LED元件1，平板管件结构的下端覆盖设置有散热翅片24，提高了整体的散热效率，相邻的电路层23之间设置有将LED元件1发出的光导向向上的反射板3，反射板3可通过粘接的方式固定在热管单元21的导热绝缘层22上，该反射板3的截面设置成等腰三角形，使LED元件1发出的光集中向上，提高了光的利用率，可增加发光二极管照明结构的亮度。
上述新型散热式发光二极管照明结构的制作方法，依次包括以下步骤：
1)散热组件2的制作：在热管单元21的上通过共晶连接、焊接、粘结等的方法覆盖导热绝缘层22，在导热绝缘层22上用热压法将铜箔蒸镀在导热绝缘层22的两侧，并采用蚀刻加工的方式形成电路层23；
2)LED元件1的安装：将LED芯片11的两个电极分别与导热绝缘层22 两侧的电路层23电连接，并沿着热管单元21的长度方向安装多个LED元件1；
3)反射板3的安装：在相邻的热管单元21之间或热管单元21上安装反射板3；
4)散热翅片24的安装：在热管单元21的一端或底部焊接散热翅片24。
综上，本发明提供的发光二极管照明结构整体结构简单稳定，制作工艺简单，制作成本低，可将LED元件产生的热量快速传输到热管单元进行散热，提高了散热效率，提高了LED元件的发光效率和使用寿命。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (9)
1.一种新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于，包括LED元件(1)和散热组件(2)，所述散热组件(2)包括热管单元(21)以及热管单元(21)上由下而上依次设置的导热绝缘层(22)和电路层(23)，所述电路层(23)与所述LED元件(1)电气连接，所述热管单元(21)上还设置有散热翅片(24)。
2.根据权利要求1所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述热管单元(21)设置为密封的金属管件结构，包括管壳(211)以及管壳(211)内部的设置的管芯(212)、蒸汽腔(213)，管壳(211)的内壁上设置所述管芯(212)，所述管芯(212)设置成毛细管，所述管芯(212)内设置有实现液体与蒸汽之间相变传热的工作液体，所述管壳(211)的中部设置有蒸汽腔(213)。
3.根据权利要求1所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述导热绝缘层(22)设置为陶瓷材料或金属氧化物，所述导热绝缘层(22)覆盖在所述热管单元(21)的表面，所述电路层(23)采用热压法蒸镀而成的铜箔形成，并通过蚀刻加工的方式成型，所述电路层(23)设置在所述导热绝缘层(22)的两侧。
4.根据权利要求3所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述热管单元(21)设置为扁平管件结构，所述扁平管件结构的一端设置所述散热翅片(24)；所述扁平管件结构设置有多个，每个所述扁平管件结构上沿其长度方向设置有1行或多行LED元件(1)；相邻的两个扁平管件结构之间设置有将LED元件(1)发出的光导向向上的反射板(3)。
5.根据权利要求3所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述热管单元(21)设置为平板管件结构，所述平板管件结构上由下而上覆盖设置有多个条状的导热绝缘层(22)和电路层(23)，每个电路层(23)上连接有多个LED元件(1)，所述平板管件结构的下端覆盖设置有所述散热翅片(24)，相邻的电路层(23)之间设置有将LED元件(1)发出的光导向向上的反射板(3)。
6.根据权利要求4或5所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述LED元件(1)包括含有两个电极的LED芯片(11)，所述LED芯片(11)的两个电极分别与所述导热绝缘层(22)两侧的电路层(23)电气连接，所述LED芯片(11)的外部设置有透明保护罩(12)，所述透明保护罩(12)设置在所述散热组件(2)的表面。
7.根据权利要求6所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述LED芯片(11)的电极分别通过金属丝(13)与所述电路层(23)电气连接，所述LED芯片(11)的下端与所述导热绝缘层(22)接触相连。
8.根据权利要求6所述的新型散热式发光二极管照明结构，其特征在于：所述LED芯片(11)的电极上设置有金属凸块(14)，所述金属凸块(14)与所述电路层(23)电气连接。
9.一种如权利要求1～8任意一项所述的新型散热式发光二极管照明结构的制作方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
1)散热组件(2)的制作：在热管单元(21)的上设置导热绝缘层(22)，在导热绝缘层(22)上用热压法将铜箔蒸镀在所述导热绝缘层(22)的两侧，并采用蚀刻加工的方式形成电路层(23)；
2)LED元件(1)的安装：将LED芯片(11)的两个电极分别与导热绝缘层(22)两侧的电路层(23)电连接，并沿着热管单元(21)的长度方向安装多个LED元件(1)；
3)反射板(3)的安装：在相邻的热管单元(21)之间或热管单元(21)上安装反射板(3)；
4)散热翅片(24)的安装：在热管单元(21)的一端或底部焊接散热翅片(24)。
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